超聲波流量計，是一種利用超聲波脈沖來(lái)測量流體流量的速度式流量?jì)x表，具有非接觸、測量范圍寬、攜帶安裝方便、對管徑的適應性強、使用方便、易于數字化等特點(diǎn)，被廣泛應用于氣體和流體的流速、流量的現場(chǎng)檢測，本文主要介紹目前*為常用的超聲波流量計的設計原理，并對其測量誤差的測量不確定度進(jìn)行分析評定，以及提高現場(chǎng)測量精度的方法。

一、超聲波流量計的測量原理

超聲波流量計其工作原理如圖１所示。２個(gè)超聲超聲波探頭，順流換能器Ａ用于發(fā)射超聲波脈沖信號和逆流換能器Ｂ用于接受超聲波脈沖信號，其安裝方式為外夾Ｚ法，２只換能器分別安裝在流體管線(xiàn)的兩側并相距一定距離，管線(xiàn)的內直徑為ｄ，超聲波順流速度為Ｖ，超聲波的傳播方向與流體的流動(dòng)方向加角為θ。

二、測量不確定度分析

由公式（３）流體流量，由管道內直徑ｄ、被測流體中的理論聲速Ｃ、聲波折射角正切ｔａｎθ、流體順逆流流過(guò)換能器ＡＢ時(shí)間差Δｔ、等４部分組成，其測量不確定度分析如下。

１、管道內直徑ｄ測量重復性引入不確定度ｕｒｅｌ（ｄ）的評定

根據**標準，管道公稱(chēng)直徑Ｄ和管道厚度ｓ只是近似的一個(gè)名義尺寸，每次必須測量管道外徑Ｄ和管道厚度ｓ，因此，此項不確定度有２項分量，即被測對象測量重復性引入和現場(chǎng)使用的計量器具的測量不確定度引入，據我院現場(chǎng)實(shí)際測量經(jīng)驗，管道內直徑ｄ測量不確定度一般為Ｕｒｅｌ（ｄ）＝０．５％（ｋ＝２）；所以，管道內直徑ｄ測量引入的標準不確定度：

ｕｒｅｌ（ｄ）＝Ｕｒｅｌ（ｄ）／ｋ＝０．５％／２＝０．２５％

２、測流體聲速Ｃ引入不確定度ｕｒｅｌ（Ｃ）的評定

通過(guò)技術(shù)資料，此項不確定度按Ｂ類(lèi)評定，被測流體中的聲速測量不確定度，通過(guò)技術(shù)資料為

Ｕｒｅｌ（Ｃ）＝０．６％（ｋ＝２），可直接引用：

ｕｒｅｌ（Ｃ）＝Ｕｒｅｌ（Ｃ）／ｋ＝０．６％／２＝０．３％

３、換能器Ａ和Ｂ之間的距離ｌ測量重復性引入

不確定度ｕｒｅｌ（ｌ）的評定順流換能器Ａ和逆流換能器Ｂ之間的距離ｌ的測量不確定度有２項分量，即被測對象測量重復性引入和現場(chǎng)使用的計量器具的測量不確定度引入，據我院現場(chǎng)實(shí)際測量經(jīng)驗，換能器Ａ和Ｂ之間的距離ｌ測量重復性引入的標準不確定度一般為

Ｕｒｅｌ（ｌ）＝０．６％（ｋ＝２）：

ｕｒｅｌ（ｌ）＝ｓ／ｋ＝０．５％／２＝０．２５％

４、流體順逆流流過(guò)換能器ＡＢ時(shí)間差Δｔ測引入

不確定度ｕ（Δｔ）的評定超聲波流量計流體順逆流流過(guò)換能器ＡＢ時(shí)間差Δｔ的測量，他由順流換能器Ａ發(fā)射脈沖到Ｂ時(shí)間為ｔ１，逆流從Ｂ發(fā)射脈沖到Ａ的時(shí)間為ｔ２，在相減得到（見(jiàn)圖１）。由公式（１）得，它的不確定度分量主要還是由由順流換能器Ａ和逆流換能器Ｂ之間的距離ｌ、管道內直徑ｄ、被測流體中的聲速Ｃ決定，時(shí)間、頻率的測量準確度在所有測量專(zhuān)業(yè)中是*高，由超聲波流量計脈沖計時(shí)測量產(chǎn)生的誤差可忽略，距離ｌ、管道內直徑ｄ、被測流體中的聲速Ｃ，以記入其他不確定度分量，因此流體順逆流流過(guò)換能器ＡＢ時(shí)間差Δｔ測引入不確定度ｕ（Δｔ）可忽略不計。

三、超聲波流量計提高現場(chǎng)測量精度的方法

在現場(chǎng)測量中，*先是進(jìn)行綜合分析各種因素，這些因素對*終的測量結果都有著(zhù)一定的影響，具體如下。

１、聲速Ｃ不確定度的影響以及提高現場(chǎng)測量精度的經(jīng)驗方法

在現場(chǎng)測量開(kāi)始前，應要求被測方提供被測管道中的的工作介質(zhì)，如果介質(zhì)是氣體，應提供具體氣體成分、工作溫度、工作壓力等、超聲波聲速的可通過(guò)以上資料查相應**標準可得到，此。時(shí)測超聲波流量計工作介質(zhì)聲速Ｃ的影響對測量結果影響較少。如果介質(zhì)是液體，應提供具體液體名稱(chēng)、工作壓力、工作溫度、工作壓力、液體中是否有懸浮顆粒等參數；此時(shí)聲速的設置要考慮到溫度的影響。水溶液的聲速大于水的聲速，并且大部分流體溫度越高聲速越快，當流體中顆粒較多（但在測量要求范圍內）時(shí)有以下兩種情況應對方法：①均勻分布的顆粒，這種情況信號較穩定，通過(guò)測量很難發(fā)現，需要被測方提供顆粒出現的原因及顆粒種類(lèi)，已知顆粒種類(lèi)情況下可適當調整流體的聲速，比對信號質(zhì)量得出更準確的測量結果。②不均勻顆粒，信號強度的跳動(dòng)會(huì )比較嚴重，此時(shí)*好的方法就是長(cháng)時(shí)間測量，在信號質(zhì)量較好的幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)上讀數取平均值。

２、換能器Ａ和Ｂ之間的距離ｌ和管道內直徑ｄ

測量重復性的影響以及提高現場(chǎng)測量精度的方法在測量管路的選擇上，應選擇遠離泵站閥門(mén)且管道平直，工作介質(zhì)流速穩定的地方；如果管路中的介質(zhì)是液體，還要選擇一般不容易出現下部會(huì )沉積，上部容易留有空氣的管段。在測量開(kāi)始時(shí)應先垂直安裝探頭測量，然后再水平安裝探頭測量，如果在其他參數不變的情況下，２次測量的差值在超聲波流量計*大允許誤差的情況下，再在詳細設置參數進(jìn)行下一步測量，否則因重新選擇管道進(jìn)行測量（因為兩次測量的差值超過(guò)超聲波流量計允許誤差的情況下，說(shuō)明管段未充滿(mǎn)工作介質(zhì)）。

在詳細設置參數進(jìn)行下一步測量時(shí)，此時(shí)對測量準確性的影響主要來(lái)自換能器Ａ和Ｂ之間的距離ｌ和管道內直徑ｄ測量；距離ｌ的測量一般根據ｌ的距離選擇鋼直尺，或游標卡尺即可，管道內直徑ｄ測量，當管道外直徑較小時(shí)直接用游標卡尺測量即可。當管道外直徑較大時(shí)，*好選用精密鋼直尺測量周長(cháng)再計算直徑；當測量?jì)炔砍练e、污垢比較嚴重的管路時(shí)，可以適當的將管壁參數ｓ調大，將管壁的聲速適當調小。當測量?jì)炔扛g比較嚴重的管路，可以適當的將管壁參數ｓ調小，但管壁的聲速不變。

從時(shí)差法法超聲波流量計原理出發(fā)，對超聲波流量計誤差的測量不確定度進(jìn)行了分析評定，根據我院從事超聲波流量計的現場(chǎng)使用的多年檢測經(jīng)驗積累，提出了幾點(diǎn)提高超聲波流量計現場(chǎng)測量精度的經(jīng)驗并進(jìn)行了說(shuō)明，希望能對從事超聲波流量使用的同仁們有所啟迪和幫助。